Расчет морской стационарной платформы сквозного типа

• Название: Расчет морской стационарной платформы сквозного типа
• Дата: 24.05.2023
• Размер: 240.05 Kb.
• Имя файла: Kursovaya_Borisenko (1).docx
• Тип: Курсовой проект; #1157682

Министерство науки и образования РФ

Волгоградский государственный технический университет

Кафедра «Нефтегазовые сооружения»

Курсовой проект на тему:
«Расчет морской стационарной платформы сквозного типа»

Вариант 6

Выполнил:
ст. гр. МНС-1-18
Борисенко М. Б.
Проверил:
Габова В.В.

Волгоград 2020

Исходные данные:
Район 3 Подрайон 2
Размер базы 25х15 м Глубина 20 м
Нагрузка на палубу 2

Максимальные скорости ветра, м/с:
При двухминутном интервале осреднения V₍₂₎: 46 м/с
При десятиминутном интервале осреднения V₍₁₀₎: 38 м/с

1. Определение клиренса
Отметка нижней части надводных строений морской стационарной платформы, отсчитываемая от нуля Кронштадтского футштока определяется по:
Н_кл = Н_{у, max} + 1,1ħ_0,1 + Δh_set + H_пр

H_пр – наибольшая высота прилива. H_пр = 1,35 м
Н_{у, max} – наивысший годовой уроень моря обеспеченностью 1%, м, отсчитываемый от нуля Кронштадтского футштока. Н_{у, max} = 1,6 м
ħ_0,1 – высота волны. ħ_0,1 = 12,3 м
Δh_set – высота ветрового нагона (СП 38.13330.2012 прил. Б1)
Δh_set = d( )
α_w – угол между продольной осью водоема и направление ветра, град.
сosα_w = 1
V_w – расчетная скорость ветра, м/с;
L – длина разгона. L = k_vis
k_w = 3(1+0,3V_w)∙10^-7
V_w = k_flk_lV_l
k_fl – коэффициент пересчета данных по скоростям ветра, измеряемый по флюгеру, принимаемы по формуле k_fl = 0,675 + , но не более 1.
k_l – коэффициент приведение скорости ветра к условиям водной поверхности. k_l = 1,09

k_fl = 0,675 + = 0,79
V_w = 0,79∙1,09∙38 = 32,72
k_w = 3(1+0,3∙32,72) ∙ 10^-7 = 32,448∙10^-7
L = 5∙10¹¹∙ = 0,153∙10⁶
Δh_set = 20(

Н_кл = 1,6 + 1,1∙12,3 + 2,55 + 1,35 = 19,03 м

Принимаем Н_кл = 19,1 м.

Общая высота Н = Нкл + d = 19,1 + 20 = 39,1 м.



2. Снеговые нагрузки
Нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия следует определять по [1] п.10:

S₀ = с_eс_tμSg, где
с_e - коэффициент, учитывающий снос с него с покрытий зданий под действием ветра или иных факторов, принимаемый в соответствии с п.10.5. с_e = 1.
с_t - термический коэффициент, принимаемый в соответствии с п.10.10. c_t = 1
μ - коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие, принимаемый в соответствии с п.10.4. μ = 1.
Sg - вес снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли, принимаемый в соответствии с п.10.2. Sg = 1,5 кН/м².
S₀ = 1∙1∙1∙1,5 = 1,5 кПа
S = 35∙25 = 875 м²
F = S∙S0 = 875∙1,5 = 1312,5 кН
F₁ = F₂ = F₃ = F₄ = = 328,125 кН


3. Воздействия ветра
Нормативное значение среде составляющей ветровой нагрузки w_m в зависимости от эквивалентной высоты z_e над поверхностью земли следует определять по [1] п.11:
W_m = W₀k(z_e)c ,
где W₀ – нормативное значение ветрового давления. W₀ = 0,38 кПа
k(z_e) - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления для высоты z_e
k(z_e): при 5 = 0,75;
10 = 1;
19,1 = 1,2275;
c – аэродинамический коэффициент
c_t = c_x(1+η)k₁,
где с_x – определяется так же, как и для отдельно стоящей фермы;
η - определяется так же, как и для ряда плоских ферм; η = 0,95;


c_xi – аэродинамический коэффициент i-го элемента конструкций, определяемый в соответствии с указаниями B.1.12;
A_i – площадь проекции i-го элемента конструкции;
A_k – площадь, ограниченная контуром конструкции.
К_λ = 1;
А_к= Нкл×15 = 19,03×15 = 285,45 м²
А^пояса = 15×0,63×3 = 28,35 м²
А^стойки= 19,03×1,02×2 = 38,82 м²
А^{раскоса}= (2×5,74+2×17+2×11+4+2,7) ×0,426 = 31,601 м²
С_х = К_λ∙С_х∞;
С_х∞ определяется по [1], рисунок В.17 в зависимости от числа R_e и отношения шероховатости .
стойка = = = 0,000196

пояс = = = 0,000317

раскос = = = 0,000469
Re - Число Рейнольдса определяется по [1], В.1.11.
Re=0.88×d√(Wo ×K(z_e) × γ_f)×10⁵
где d, м, - диаметр сферы;
W₀, Па, - определяется в соответствии с 11.1.4;
k(z_e) - определяется в соответствии с 11.1.6;
Y_f - коэффициент надежности по нагрузке, см. 11.1.12. Y_f = 1,4;
Re=0.88×1,02√(0,38×10³×1,228×1,4) × 10⁵ = 23×10⁵
Re=0.88×0,63√(0,38×10³×1,228×1,4) × 10⁵ = 14,2×10⁵
Re=0.88×0.426√(0,38×10³×1,228×1,4) ×10⁵ = 9,6×10⁵
C_х∞^стойка = 0,48; C_хi^стойка = 0,48;
C_х∞^пояс = 0,93; C_хi^пояс = 0,93;
C_х∞^раскос = 1,2; C_хi^раскос = 1,2;
C_х = 0,29
С_t = 0,29×(1+0,95)×1 = 0,566;
С_t = 0,29×(1+0,95)×1,2 = 0,679;
W_m = 0,38×0,75×0,566 = 0,161;
W_m = 0,38×1×0,566 = 0,215;
W_m = 0,38×1,2275×0,566 = 0,264;
W_m = 0,38×0,75×0,679 = 0,194;
W_m = 0,38×1×0,679 = 0,258;
W_m = 0,38×1,2275×0,679 = 0,317;

Активная составляющая нагрузки:
При z=5; W = 0,161×7,5×0,8 = 0,966 кН/м;
При z=10; W = 0,215×7,5×0,8 = 1,29 кН/м;
При z=19,1; W = 0,264×7,5×0,8 = 1,584 кН/м;
Пассивная составляющая нагрузки:
При z=5; W = 0,161×7,5×0,6 = 0,7245 кН/м;
При z=10; W = 0,215×7,5×0,6 = 0,9675 кН/м;
При z=19,1; W = 0,264×7,5×0,6 = 1,188 кН/м;


Активная составляющая нагрузки (1,2,3 стойки):
1 стойка: W = 0,194×3,86×0,8 = 0,599 кН/м;
W = 0,258×3,86×0,8 = 0,797 кН/м;
W = 0,317×3,86×0,8 = 0,979 кН/м;
2 стойка: W = 0,194×14,58×0,8 = 2,263 кН/м;
W = 0,258×14,58×0,8 = 3,009 кН/м;
W = 0,317×14,58×0,8 = 3,698 кН/м;
3 стойка: W = 0,194×10,72×0,8 = 1,664 кН/м;
W = 0,258×10,72×0,8 = 2,213 кН/м;
W = 0,317×10,72×0,8 = 2,719 кН/м;
Пассивная составляющая нагрузки (3,4,1 стойки):
3 стойка: W = 0,194×3,86×0,6 = 0,499 кН/м;
W = 0,258×3,86×0,6 = 0,598 кН/м;
W = 0,317×3,86×0,6 = 0,734 кН/м;
4 стойка: W = 0,194×14,58×0,6 = 1,697 кН/м;
W = 0,258×14,58×0,6 = 2,257 кН/м;
W = 0,317×14,58×0,6 = 2,773 кН/м;
1 стойка: W = 0,194×10,72×0,6 = 1,248 кН/м;
W = 0,258×10,72×0,6 = 1,659 кН/м;
W = 0,317×10,72×0,6 = 2,039 кН/м;

4. Волновая нагрузка
Нагрузки от волн на обтекаемые преграды и сквозные сооружения.
Нагрузки от волн на вертикальную обтекаемую преграду.
[2] Е.1 Максимальная сила воздействия волн max Q , кН, на вертикальную обтекаемую преграду с поперечными размерами a ≤ 0,4λ и b ≤ 0,4λ при глубине d > dcr определяется из ряда значений, получаемых при различных удалениях æ = x/λ вершины волны от преграды, 1 ряд æ = x/λ = 0; 2 ряд æ = x/λ = 0,11 по формуле:
Q_max =Q_{i, max}δ_i + Q_{v, max}δ_v
где Qi, max и Qv, max – соответственно инерционный и скоростной компоненты силы воздействия волн, кН:
Q_{i, max} = ρgπb²hК_vα_iβ_i;
Q_{i, max} = 0,25∙1,015∙9,81∙3,14∙1,020²∙12,3∙1∙0,975∙1 = 97,425 кН;
Q_{v, max} = ρgbh²К_v²α_vβ_v;
Q_{v, max} = 0,083∙9,81∙1,015∙1,020∙12,3² ∙1²∙2,45∙0,65 = 203,705 кН;
1 ряд: δ_i =0, δ_v =1; 2 ряд: δ_i =1,08, δ_v =0,18 – коэффициенты сочетания инерционного и скоростного компонентов максимальной силы от воздействия волн, принимаемые соответственно по графикам 1 и 2 рисунка Е.1;
h =12,3 и λ = 155 – высота и длина расчетной волны;
a = 1,02 – размер преграды по лучу волны, м;
b = 1,02 – размер преграды по фронту волны, м;
k_v = 1 – коэффициент перехода от действительных значений скорости и ускорения волнового потока, воздействующего на преграду, к их средним значениям (таблице Е.1);
α_i = 0,975 и α_v = 2,45 – инерционный и скоростной коэффициенты глубины, принимаемые соответственно по графикам а и б рисунка Е.2;
βi = 1 и βv = 0,65 – инерционный и скоростной коэффициенты формы преграды с поперечным сечением в виде круга, эллипса и прямоугольника, принимаемые по графикам рисунка Е.3.
1 ряд: Q_max = Q_{v, max} = 203,705 кН;
2 ряд: Q_max = 97,425∙1,08 + 203,705∙0,18 = 141,886 кН;
[2] Е2. Линейную нагрузку от волн q, кН/м, на вертикальную обтекаемую преграду на глубине z, при максимальной силе от воздействия волн Q_max (рис.8, а) следует определять по формуле:

где q_{i, max} и q_{v, max} - инерционный и скоростной компоненты максимальной линейной нагрузки от волн, кН/м, определяемые по формулам:


δ_xi и δ_xv – коэффициенты сочетания инерционного и скоростного компонентов нагрузки от волн, принимаемые соответственно по графикам 1 и 2 рисунка Е.4 при значении æ согласно Е.1;
θ_xi и θ_xv – коэффициенты компонентов волновой нагрузки, принимаемые по графикам а и б рисунка Е.5 при значениях относительной глубины

[2] Е.3 Превышение взволнованной поверхности η, м, над расчетным уровнем должно определяться по формуле

где η_rel относительное превышение взволнованной поверхности, определяемое по рисунку Е.6.
1 ряд: η_rel = -0,61;
2 ряд: η_rel = -0,18;
[3] Е.5 Расстояние z_Qmax , м, от расчетного уровня воды до точки приложения максимальной силы от воздействия волн на вертикальную обтекаемую преграду Qmax определяется по формуле:

где δi и δv – коэффициенты, принимаемые по графикам 1 и 2 рисунка Е.1 при значении æ, соответствующем Qmax;
z_Qi и z_Qv – ординаты точек приложения соответственно инерционного и скоростного компонентов сил, м, определяемые по формулам:

где = 0,058, = 0,01 - относительные ординаты точек приложения инерционного и скоростного компонентов сил, принимаемые по графикам рисунка Е7;
1 ряд: μi = 0,67; μv = 1; 2 ряд: μi = 0,89; μv = 1,5 – инерционный и скоростной коэффициенты фазы, принимаемые по графикам рисунка Е.8.
1 ряд стоек: z_Qi = 6,023; z_Qv = 1,55; Z_Qmax = 1,55;
2 ряд стоек: z_Qi = 8,001; z_Qv = 2,325; Z_Qmax = 4,55;
Нагрузки от волн на горизонтальную обтекаемую преграду.
[2] Е.11 Максимальное значение равнодействующей нагрузки от волн Pmax, кН/м, на горизонтальную обтекаемую преграду (рисунок 8,б) с поперечными размерами a ≤ 0,1λ, м, и b ≤ 0,1λ, м, при zc ≤ b, но (zc–b/2) > h/2 и при (d–zc) ≥ b должно определяться по формуле:

для двух случаев:
- с максимальной горизонтальной составляющей нагрузки P_x,max, кН/м, при соответствующем значении вертикальной составляющей нагрузки P_z, кН/м;
- с максимальной вертикальной составляющей нагрузки P_z,max, кН/м, при соответствующем значении горизонтальной составляющей линейной P_x, кН/м.
Расстояние x, м, от вершины волны до центра преграды при действии максимальных нагрузок P_x,max и P_z,max должны определяться по относительной величине æ=x/λ, принимаемой согласно рисункам Е.4 и Е.11;
[2] Е.12 Максимальное значение горизонтальной составляющей нагрузки от волн P_x,max, кН/м, на горизонтальную обтекаемую преграду определяется из ряда величин, получаемых при различных значениях æ, по формуле

где P_xi и P_xv – инерционный и скоростной компоненты горизонтальной составляющей нагрузки от волн, кН/м, определяемые по формулам:


δ_xi и δ_xv – коэффициенты сочетания инерционного и скоростного компонентов нагрузки от волн, принимаемые соответственно по графикам 1 и 2 рисунка Е.4 при значении æ согласно Е.1;
1 ряд: δ_xi= 0; δ_xv= 1
2 ряд: δ_xi= 0,88; δ_xv= 0,18
θ_xi и θ_xv – то же, что и в Е.2;
β_i и β_v – инерционный и скоростной коэффициенты формы преграды с поперечным сечением в виде круга, эллипса и прямоугольника, принимаемые по графикам рисунка Е.3 при значениях a/b – для горизонтальной и b/a – для вертикальной составляющих нагрузки.

[2] Е.13 Максимальное значение вертикальной составляющей нагрузки от волн на горизонтальную обтекаемую преграду P_z,max, кН/м, следует определять из ряда величин, получаем при разных значениях æ по формуле

где P_zi и P_zv – инерционный и скоростной компоненты вертикальной составляющей нагрузки от волн, кН/м, определяемые по формулам:


δ_zi и δ_zv – инерционный и скоростной коэффициенты сочетания, принимаемые по графикам 1 и 2 рисунка Е.11.
1 ряд: δ_zi= 1; δ_zv= 0;
2 ряд: δ_zi= 0,32; δ_zv= 0,72;
θ_zi и θ_zv – коэффициенты компонентов волновой нагрузки, принимаемые соответственно по графикам в и г рисунка Е.5 при значениях относительной ординаты

Гидростатическое давление на элементы опорного блока.
где ρ-плотность воды (1,015 кг/м³);
g –ускорение свободного падения (9,81 м/с²);
h –глубина расположения элемента;
d –диаметр элемента;
l – длина труб;
Пояса: l= 15
Р_5,3=1,015∙9,81∙0,63∙5,3/15= 2,216 кН\м;
Р_13,3=1,015∙9,81∙0,63∙13,3/15= 5,562 кН\м;
Р₂₀=1,015∙9,81∙0,63∙20/15= 8,364 кН\м;
Раскосы: l_5,3= 11,26;l_13,3= 17;l₂₀= 16,43;
Р_5,3=1,015∙9,81∙0,426∙2,65/11,26 = 0,997 кН\м;
Р_13,3=1,015∙9,81∙0,426∙9,3/17 = 2,318 кН\м;
Р₂₀=1,015∙9,81∙0,426∙16,65/16,43 = 4,294 кН\м;
Выталкивающая сила, действующая на элементы.
где ρ-плотность воды (1,015 кг/м^3);
g –ускорение свободного падения (9,81 м/с^2);
V-объем элемента;
l –длина труб;
Пояса:
V_п = = 4,67 м³;
Р_п= 1,015∙9,81∙4,67= 46,499 кН;
Раскосы:
V_5,3= = 1,56 м³;
Р_5,3= 1,015∙9,81∙1,56= 15,533 кН;
V_13,3= V₂₀= = 2,35 м³;
Р_13,3= Р₂₀= 1,015∙9,81∙2,35= 23,399 кН;

5. Расчет элементов стальных конструкций при центральном растяжении и сжатии. Расчет элементов сплошного сечения.
[3] Расчет на прочность элементов из стали с нормативным сопротивлением при центральном растяжении или сжатии силой N следует выполнять по формуле:
Площадь элемента конструкции находят по:

Где N-сила при центральном сжатии;
R_y-расчетное сопротивление стали сжатию;
γ_с-коэффициент условий работы (γ_с=1);

Сталь: С245: R_y= 240 Н/мм²;
Сила при центральном сжатии, N: -Стойки: 7293,1 кН;
-Раскосы: 2405,1 кН;
- Пояса: 893,1 кН;
- Внутр. пояса: 520,9 кН;
Площадь элемента конструкции:
- Стойки: А= = 303875,5 мм²= 303,87 см²;
- Раскосы: А= = 10021,25 мм²= 100,21 см²;
- Пояса: А= = 721,67 мм²= 37,22 см²;
- Внутр. пояса: А= = 2170,42 мм²= 21,7 см²;
[3] Проверку элемента конструкции на устойчивость выполняют с помощью формулы:

Где φ-коэффициент устойчивости при центральном сжатии, значение которого при 𝜆̅ ≥0,6 следует определять по формуле:
Значение коэффициента δ в формуле следует вычислять по формуле:

где - условная гибкость стержня;
Е- модуль упругости (2,1∙10⁵ МПа= 2,1∙10¹¹ Н/м²;
α и β- коэффициенты, определяемые по таблице 7 [4] в зависимости от типов сечений;
α= 0,03; β= 0,06;
Где λ-гибкость;
l-длинна элемента;
i-момент инерции.
Проверка элемента конструкции на устойчивость:
- Стойки: из [4] диаметр внешний, d= 920 мм;
толщина стенки, t=11 мм;
радиус инерции сечения, i= 32,14 см= 0,3214 м;
площадь поперечного сечения, А= 314,13 см²;
λ= = 121,44; l= 39,03 м;
λ= = 4,11;
δ= 9,87∙(1-0,03+0,06∙4,11)+4,11²= 28,9;
φ= = 1,94;
;
;

- Раскосы: из [4] диаметр внешний, d= 630 мм;
толщина стенки, t=7 мм;
радиус инерции сечения, i= 22,03 см= 0,22 м;
площадь поперечного сечения, А= 137 см2;
λ= = 77,27 м; l= 17 м;
λ= = 2,61;
δ= 9,87∙(1-0,03+0,06∙2,61)+2,61²= 17,93;
φ= = 0,78;
;
;

- Пояса: из [4] диаметр внешний, d= 630 мм;
толщина стенки, t=7 мм;
радиус инерции сечения, i= 22,03 см= 0,22 м;
площадь поперечного сечения, А= 137 см2;
λ= = 113,64 м; l= 25 м;
λ= = 3,84;
δ=9,87∙(1-0,03+0,06∙3,84)+3,84²=26,6;
φ= =0,52;
;
;

- Внутр. пояса: из [4] диаметр внешний, d= 630 мм;
толщина стенки, t=7 мм;
радиус инерции сечения, i= 22,03 см= 0,22 м;
площадь поперечного сечения, А= 137 см2;
λ= = 66,36 м; l= 14,6 м;
λ= = 2,24;
δ= 9,87∙(1-0,03+0,06∙2,24)+2,24²= 15,92;
φ= = 0,85;
;
;

Расчет сварного соединения.
[3] Расчет сварного соединения с угловыми швами, при действии силы N, проходящей через центр тяжести соединения, следует выполнять на срез (условный) по одному из двух сечений (рисунок 20) по формулам:

где 𝑙_𝑤- расчетная длина швов в сварном соединении, равная суммарной длине всех его участков за вычетом по 1 см на каждом непрерывном участке шва;
𝛽_𝑓,𝛽_𝑧 - коэффициенты, принимаемые по таблице 39.
𝑘_𝑓 – катет углового шва;
𝑅_𝑤𝑧 –расчетное сопротивление угловых швов срезу (условному) по металлу границы сплавления;
𝑅_𝑤𝑓 –расчетное сопротивление угловых швов срезу (условному) по металлу шва;
𝛾_с - коэффициент условий работы.

- Стойка: 𝑙_𝑤= Р_тр- 1см= 3,14∙920- 10= 2888,8- 10= 2878,8 мм;
𝑘_𝑓= t∙1,2= 11∙1,2= 13,2 мм;
𝛾_с= 1;
𝛽_𝑓=1,1 мм, 𝛽_𝑧=1,15 мм;
𝑅_𝑤𝑓= = = 180,4;
𝑅_𝑤𝑧=0,45∙R_un=0,45∙370= 167;

;
;


;
;




Список используемой литературы

1. СП (Строительные Правила) 20.13330.2016 Нагрузки и воздействия.
2. СП (Строительные Правила 38.13330.2012 Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (Волновые, ледовые и от судов).
3. СП (Строительные Правила) 16.13330.2017 Стальные конструкции.
4. Сортамент стальных электросварных прямошовных труб ГОСТ 10704-91